WO2024085187A1 - 電圧変換システム、土工機械システム、制御方法およびプログラム - Google Patents

電圧変換システム、土工機械システム、制御方法およびプログラム Download PDF

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WO2024085187A1
WO2024085187A1 PCT/JP2023/037707 JP2023037707W WO2024085187A1 WO 2024085187 A1 WO2024085187 A1 WO 2024085187A1 JP 2023037707 W JP2023037707 W JP 2023037707W WO 2024085187 A1 WO2024085187 A1 WO 2024085187A1
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switch
voltage
command
voltage conversion
conversion system
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PCT/JP2023/037707
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English (en)
French (fr)
Inventor
拓也 佐藤
剛 佐久間
Original Assignee
株式会社小松製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

Definitions

  • the present disclosure relates to a voltage conversion system, an earthmoving machine system, a control method, and a program.
  • This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2022-168361, filed in Japan on October 20, 2022, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 describes technology related to a power supply system that uses multiple power generation devices.
  • This disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a voltage conversion system, an earthwork machine system, a control method, and a program that enable efficient operation of an earthwork machine.
  • One aspect of the present disclosure is a voltage conversion system that includes multiple DC-DC converters whose inputs are connected in parallel and whose outputs are connected in series, and a switch that is provided in parallel with the output of at least one of the multiple DC-DC converters and that is turned on or off based on a motor rotation command.
  • the voltage conversion system, earthwork machine system, control method, and program disclosed herein can achieve efficient operation of the earthwork machine.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an earthwork machine system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a drive device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 5 is a diagram illustrating an example of a relationship between a rotation command value and a voltage value supplied to an inverter according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a relationship between a rotation command value and a switch command according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a voltage conversion system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a first example of a configuration of a DC-DC converter according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a second example of the configuration of a DC-DC converter according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a process flow of an earthmoving machine system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a relationship between a rotation command value and a voltage value supplied to an inverter in another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a computer according to at least one embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of an earthworking machine system 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the earthworking machine system 1 includes a vehicle body 10, a vehicle body controller 20, an electric circuit controller 30, a voltage source 40, a voltage conversion system 50, an inverter 60, and a motor 70.
  • An example of the earthworking machine system 1 is a dump truck.
  • the vehicle body 10 includes a drive unit 101.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the drive unit 101 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the drive unit 101 includes an accelerator 1011, a brake 1012, a tire 1013, an accelerator amount detection unit 1014, a brake amount detection unit 1015, and a tire rotation speed detection unit 1016.
  • the accelerator 1011 accelerates the vehicle body 10.
  • the brake 1012 decelerates the vehicle body 10.
  • the tires 1013 rotate in response to the acceleration and deceleration of the vehicle body 10 caused by the accelerator 1011 and the brake 1012, thereby causing the vehicle body 10 to travel.
  • the accelerator amount detection unit 1014 detects the amount of acceleration caused by the accelerator 1011.
  • the accelerator amount detection unit 1014 outputs the detected amount of acceleration to the vehicle body controller 20.
  • the braking amount detection unit 1015 detects the amount of deceleration caused by the brake 1012.
  • the braking amount detection unit 1015 outputs the detected amount of deceleration to the vehicle body controller 20.
  • the tire rotation speed detection unit 1016 detects the rotation speed of the tire 1013.
  • the tire rotation speed detection unit 1016 outputs the detected rotation speed to the vehicle controller 20.
  • the vehicle body controller 20 receives the amount of acceleration, the amount of deceleration, and the tire rotation speed from the drive device 101.
  • the vehicle body controller 20 generates a torque command and a rotation command based on the received amount of acceleration, the amount of deceleration, and the tire rotation speed.
  • the vehicle body controller 20 outputs the generated torque command and rotation command to the electric circuit controller 30.
  • the electric circuit controller 30 receives a torque command and a rotation command from the vehicle body controller 20. Then, the electric circuit controller 30 outputs the torque command and the rotation command to the inverter 60. The electric circuit controller 30 also generates a voltage command by calculating a voltage command value required to drive the motor 70 according to the received torque command and rotation command. Then, the electric circuit controller 30 outputs the voltage command to the DC-DC converter 501. The electric circuit controller 30 also generates a switch command by calculating the switching between the on and off states of the switch 502 described below so that the inverter 60 can follow these command values. Then, the electric circuit controller 30 outputs the switch command to the switch 502.
  • the electric circuit controller 30 changes the switch command according to the value indicated by the rotation command to change the magnitude of the DC voltage output by the voltage conversion system 50 (i.e., the DC voltage input to the inverter 60), thereby improving the efficiency of the inverter 60.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the rotation command value and the voltage value supplied to the inverter 60 in an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the rotation command value and the switch command in an embodiment of the present disclosure.
  • each switch 502 when the switch command is switch command 1, each switch 502 is set to a state corresponding to the switch command 1, and the voltage conversion system 50 outputs the DC voltage V1.
  • each switch 502 is set to a state corresponding to the switch command 2, and the voltage conversion system 50 outputs the DC voltage V2.
  • each switch 502 when the switch command is switch command 3, each switch 502 is set to a state corresponding to switch command 3, and the voltage conversion system 50 outputs DC voltage V3.
  • the electric circuit controller 30 when the rotation command value increases, the electric circuit controller 30 generates switch command 1 when the rotation command value is between 0 and threshold value 1, generates switch command 2 when the rotation command value is between threshold value 1 and threshold value 2, and generates switch command 3 when the rotation command value exceeds threshold value 2.
  • the electric circuit controller 30 when the rotation command value decreases, the electric circuit controller 30 generates switch command 3 when the rotation command value exceeds threshold value 3, generates switch command 2 when the rotation command value is between threshold value 3 and threshold value 4, and generates switch command 1 when the rotation command value is less than threshold value 4.
  • the voltage source 40 supplies a DC voltage to each of the multiple DC-DC converters 501 included in the voltage conversion system 50.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a voltage conversion system 50 according to an embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 5, the voltage conversion system 50 includes multiple DC-DC converters 501 and multiple switches 502.
  • each of the multiple DC-DC converters 501 is capable of converting the DC voltage supplied from the voltage source 40 into a preset DC voltage.
  • Each of the DC-DC converters 501 in this preset state is a DC-DC converter designed to have high voltage conversion efficiency.
  • the number of DC-DC converters 501 is determined according to the DC voltage supplied to the inverter 60.
  • FIG. 6 is a diagram showing a first example of the configuration of a DC-DC converter 501 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram showing a second example of the configuration of a DC-DC converter 501 according to an embodiment of the present disclosure.
  • Each DC-DC converter 501 is, for example, an isolated converter as shown in FIG. 6 or FIG. 7.
  • the DC-DC converter 501 shown in FIG. 6 includes an inverter 5011, a transformer 5012, a rectifier circuit 5013a, and capacitors 5014 and 5015.
  • the DC-DC converter 501 shown in FIG. 7 includes an inverter 5011, a transformer 5012, a rectifier circuit 5013b, capacitors 5014, 5015, and an inductor 5016.
  • the inverter 5011 generates the desired voltage by switching semiconductor elements such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). The voltage generated by the inverter 5011 is then applied to the primary coil of the transformer 5012.
  • semiconductor elements such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • the transformer 5012 converts the voltage applied to the primary coil into a voltage that corresponds to the winding ratio between the primary coil and the secondary coil, and outputs it from the secondary coil.
  • the voltage output from the secondary coil is applied to the input of the rectifier circuit 5013 (5013a or 5013b).
  • the rectifier circuit 5013a is composed of semiconductor elements such as IGBTs and MOSFETs.
  • the rectifier circuit 5013b is composed of diodes.
  • the rectifier circuit 5013 generates a DC voltage by rectifying the AC voltage output from the secondary coil of the transformer 5012.
  • Capacitor 5014 stabilizes the DC voltage applied to the input of inverter 5011 at a constant voltage.
  • Capacitor 5015 stabilizes the DC voltage output by rectifier circuit 5013 at a constant voltage.
  • Inductor 5016 and capacitor 5015 form a filter, removing voltages of unnecessary frequency components.
  • each DC-DC converter 501 is not limited to the DC-DC converters shown in FIG. 6 and FIG. 7, and may be any DC-DC converter as long as it can generate the desired DC voltage.
  • the number of switches 502 is the same as the number of DC-DC converters 501.
  • Examples of the switches 502 include semiconductor elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors), and physical switches.
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • MOSFETs Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors
  • the output voltage of the DC-DC converter 501 is a preset DC voltage. This allows the voltage conversion system 50 to generate the desired DC voltage.
  • the voltage conversion system 50 supplies the generated DC voltage to the inverter 60. Note that when the vehicle body 10 starts running or when the vehicle body 10 is running at a low speed, the voltage conversion system 50 generates a relatively low voltage, and when the vehicle body 10 is running at a high speed, the voltage conversion system 50 generates a relatively high voltage. This is based on the idea that in the range where the rotation speed of the motor 70 described above is low, a lower voltage supplied to the inverter 60 can suppress heat generation in the inverter 60 and increase efficiency.
  • the inverter 60 generates an AC voltage for driving the motor 70 from the DC voltage supplied from the voltage conversion system 50.
  • the inverter 60 outputs the generated AC voltage to the motor 70.
  • the motor 70 rotates in response to the AC voltage output by the inverter 60.
  • the tires 1013 rotate in response to the rotation of the motor 70, causing the vehicle body 10 to move.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a processing flow of the earthworking machine system 1 according to an embodiment of the present disclosure. Next, the processing performed by the earthworking machine system 1 will be described with reference to Fig. 8.
  • the operator of the earthmoving machine system 1 operates at least one of the accelerator 1011 and the brake 1012 to drive the vehicle body 10.
  • the accelerator amount detection unit 1014 detects the amount of acceleration corresponding to the operation of the accelerator 1011 (step S1).
  • the accelerator amount detection unit 1014 then outputs the detected amount of acceleration to the vehicle body controller 20.
  • the brake amount detection unit 1015 also detects the amount of deceleration corresponding to the operation of the brake 1012 (step S2).
  • the brake amount detection unit 1015 then outputs the detected amount of deceleration to the vehicle body controller 20.
  • the tire rotation speed detection unit 1016 also detects the rotation speed of the tire 1013 (step S3).
  • the tire rotation speed detection unit 1016 then outputs the detected rotation speed to the vehicle body controller 20.
  • the vehicle body controller 20 receives the acceleration amount, deceleration amount, and tire rotation speed from the drive device 101.
  • the vehicle body controller 20 generates a torque command and a rotation command based on the received acceleration amount, deceleration amount, and tire rotation speed (step S4).
  • the vehicle body controller 20 outputs the generated torque command and rotation command to the electric circuit controller 30.
  • the electric circuit controller 30 receives a torque command and a rotation command from the vehicle body controller 20. The electric circuit controller 30 then outputs the torque command and the rotation command to the inverter 60. The electric circuit controller 30 also generates a voltage command by calculating a voltage command value required to drive the motor 70 according to the received torque command and rotation command. The electric circuit controller 30 then outputs the voltage command to the DC-DC converter 501. The electric circuit controller 30 also generates a switch command by calculating the switching between the on state and the off state of the switch 502 described later so that the inverter 60 can follow those command values (step S5). The electric circuit controller 30 then outputs the switch command to the switch 502. Each switch 502 becomes on or off according to the switch command (step S6). The voltage conversion system 50 generates a DC voltage according to the state of each switch 502 (i.e., a desired DC voltage) (step S7). The voltage conversion system 50 supplies the generated DC voltage to the inverter 60.
  • the inverter 60 generates an AC voltage for driving the motor 70 from the DC voltage supplied from the voltage conversion system 50 (step S8).
  • the inverter 60 outputs the generated AC voltage to the motor 70.
  • the motor 70 rotates in response to the AC voltage output by the inverter 60 (step S9).
  • the tires 1013 rotate in response to the rotation of the motor 70, causing the vehicle body 10 to move.
  • the voltage conversion system 50 includes a plurality of DC-DC converters 501 having inputs connected in parallel and outputs connected in series, and a switch 502 that is provided in parallel to the outputs of the plurality of DC-DC converters 501 and is turned on or off based on a rotation command for the motor 70.
  • a voltage conversion system 50 makes it possible to realize efficient traveling of the earthwork machine (vehicle body).
  • the relationship between the rotation command value and the voltage value supplied to the inverter 60 is not limited to the relationship shown in FIG. 3.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the relationship between the rotation command value and the voltage value supplied to the inverter 60 in another embodiment of the present disclosure.
  • the relationship between the rotation command value and the voltage value supplied to the inverter 60 may not be a relationship having hysteresis in which the voltage value changes suddenly at the threshold value of the rotation command value, but may be a relationship having hysteresis in which the voltage value changes gradually according to the rotation command value, as shown in FIG. 9.
  • the relationship between the rotation command value and the switch command is not the relationship shown in FIG. 4, but a relationship between the rotation command value and the switch command in which the voltage value changes gradually according to the rotation command value.
  • a part of the drive device 101 e.g., the accelerator 1011 and the brake 1012 or the whole may be located outside the vehicle body 10, and the vehicle body 10 may be driven remotely.
  • the switch 502 does not have to be provided at the output of all the DC-DC converters 501. That is, the switch 502 may be provided at the output of at least one of all the DC-DC converters 501. For example, in another embodiment of the present disclosure, the switch 502 may be provided at the output of the DC-DC converter 501 as long as the voltage conversion system 50 can realize the desired DC voltage. Also, in the embodiment of the present disclosure, an example has been described in which the switch 502 can be switched for three DC-DC converters 501 to realize three different voltages: the output voltage of one DC-DC converter 501, the output voltage of two DC-DC converters 501, and the output voltage of three DC-DC converters 501.
  • the switch 502 may be switched for n (n is 4) or more DC-DC converters 501, or the output voltage of any integer number from 1 to n DC-DC converters 501 may be realized by switching the switch 502.
  • n is 4
  • the switch 502 may be switched for n (n is 4) or more DC-DC converters 501, or the output voltage of any integer number from 1 to n DC-DC converters 501 may be realized by switching the switch 502.
  • it is already determined which integer number of DC-DC converters 501 (between 1 and n) will output an output voltage it is sufficient to provide the switches 502 required to achieve that output voltage.
  • the threshold value setting value and the number of settings of the rotation command value may be changed from those described above.
  • the setting value and the number of settings of the voltage value supplied to the inverter 60 according to the rotation command value may also be changed from those described above.
  • Each of the memory units and storage devices in the embodiments of the present disclosure may be provided anywhere within the range in which appropriate information is transmitted and received. Furthermore, each of the memory units and storage devices may exist in multiple locations within the range in which appropriate information is transmitted and received, and data may be stored in a distributed manner.
  • the above-mentioned earthmoving machine system 1, driving device 101, vehicle controller 20, electric circuit controller 30, and other control devices may have a computer system inside.
  • the above-mentioned processing steps are stored in the form of a program on a computer-readable recording medium, and the above processing is performed by having the computer read and execute this program. Specific examples of computers are shown below.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram showing the configuration of a computer according to at least one embodiment.
  • the computer 5 includes a CPU 6, a main memory 7, a storage 8, and an interface 9.
  • the above-mentioned earthwork machine system 1 the drive unit 101, the vehicle controller 20, the electric circuit controller 30, and the other control devices are each implemented in the computer 5.
  • the operation of each of the above-mentioned processing units is stored in the storage 8 in the form of a program.
  • the CPU 6 reads the program from the storage 8 and expands it in the main memory 7, and executes the above-mentioned processing according to the program.
  • the CPU 6 also secures storage areas in the main memory 7 corresponding to each of the above-mentioned storage units according to the program.
  • storage 8 examples include HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), magnetic disk, magneto-optical disk, CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), DVD-ROM (Digital Versatile Disc Read Only Memory), semiconductor memory, etc.
  • Storage 8 may be an internal medium directly connected to the bus of computer 5, or an external medium connected to computer 5 via interface 9 or a communication line.
  • computer 5 when this program is distributed to computer 5 via a communication line, computer 5 that receives the program may expand the program in main memory 7 and execute the above process.
  • storage 8 is a non-transitory tangible storage medium.
  • the above program may also realize some of the functions described above.
  • the above program may be a file that can realize the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system, a so-called differential file (differential program).
  • a plurality of DC-DC converters having inputs connected in parallel and outputs connected in series; a switch that is provided in parallel with an output of at least one of the plurality of DC-DC converters and that is turned on or off based on a rotation command for a motor;
  • a voltage conversion system comprising:
  • the switch is The switch is turned on or off in response to a switch command determined based on the relationship between the value of the rotation command and a voltage supplied to an inverter. 2.
  • the switch is The switch is turned on or off in response to a switch command determined based on a threshold value of the rotation command. 4.
  • a voltage conversion system according to any one of claims 1 to 3.
  • An earthmoving machine system comprising:
  • a control method comprising:
  • the voltage conversion system, earthwork machine system, control method, and program disclosed herein can achieve efficient operation of the earthwork machine.

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

電圧変換システムは、入力が並列に接続され、出力が直列に接続される複数のＤＣ－ＤＣコンバータと、前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのうち少なくとも１つのＤＣ－ＤＣコンバータの出力に並列に設けられ、モータの回転指令に基づいてオン状態またはオフ状態となるスイッチと、を備える。

Description

電圧変換システム、土工機械システム、制御方法およびプログラム
　本開示は、電圧変換システム、土工機械システム、制御方法およびプログラムに関する。
　本願は、２０２２年１０月２０日に日本に出願された特願２０２２－１６８３６１号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、化石燃料に代えて、クリーンなエネルギーを土工機械の動力とするために、土工機械にモータを搭載し電気で駆動することが検討されている。特許文献１には、複数の発電装置を用いた電源システムに関する技術が記載されている。
特開２０１７－２１６８４７号公報
　ところで、土工機械の走行において、効率のよい走行が望まれている。
　本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、土工機械の走行において、効率のよい走行を実現する電圧変換システム、土工機械システム、制御方法およびプログラムを提供することを目的とする。
　本開示の一態様は、入力が並列に接続され、出力が直列に接続される複数のＤＣ－ＤＣコンバータと、前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのうち少なくとも１つのＤＣ－ＤＣコンバータの出力に並列に設けられ、モータの回転指令に基づいてオン状態またはオフ状態となるスイッチと、を備える電圧変換システムである。
　本開示の電圧変換システム、土工機械システム、制御方法およびプログラムによれば、土工機械の走行において、効率のよい走行を実現することができる。
本開示の実施形態に係る土工機械システムの構成の一例を示す図である。 本開示の実施形態に係る駆動装置の構成の一例を示す図である。 本開示の実施形態における回転指令値とインバータに供給する電圧値との関係の一例を示す図である。 本開示の実施形態における回転指令値とスイッチ指令との関係の一例を示す図である。 本開示の実施形態に係る電圧変換システムの構成の一例を示す図である。 本開示の実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータの構成の第１の例を示す図である。 本開示の実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータの構成の第２の例を示す図である。 本開示の実施形態による土工機械システムの処理フローの一例を示す図である。 本開示の別の実施形態における回転指令値とインバータに供給する電圧値との関係の一例を示す図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
　以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。なお、各図において同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。
＜実施形態＞
（土工機械システムの構成）
　図１は、本開示の実施形態に係る土工機械システム１の構成の一例を示す図である。土工機械システム１は、図１に示すように、車体１０、車体コントローラ２０、電気回路コントローラ３０、電圧源４０、電圧変換システム５０、インバータ６０、およびモータ７０を備える。土工機械システム１の例としては、ダンプトラックなどが挙げられる。
　車体１０は、駆動装置１０１を備える。図２は、本開示の実施形態に係る駆動装置１０１の構成の一例を示す図である。駆動装置１０１は、図２に示すように、アクセル１０１１、ブレーキ１０１２、タイヤ１０１３、アクセル量検出部１０１４、ブレーキ量検出部１０１５、およびタイヤ回転数検出部１０１６を備える。
　アクセル１０１１は、車体１０を加速させる。ブレーキ１０１２は、車体１０を減速させる。タイヤ１０１３は、アクセル１０１１およびブレーキ１０１２による車体１０の加速および減速に応じて回転することにより車体１０を走行させる。
　アクセル量検出部１０１４は、アクセル１０１１により加速された加速量を検出する。アクセル量検出部１０１４は、検出した加速量を車体コントローラ２０に出力する。
　ブレーキ量検出部１０１５は、ブレーキ１０１２により減速された減速量を検出する。ブレーキ量検出部１０１５は、検出した減速量を車体コントローラ２０に出力する。
　タイヤ回転数検出部１０１６は、タイヤ１０１３の回転数を検出する。タイヤ回転数検出部１０１６は、検出した回転数を車体コントローラ２０に出力する。
　車体コントローラ２０は、駆動装置１０１から加速量、減速量、およびタイヤ回転数を受ける。車体コントローラ２０は、受けた加速量、減速量、およびタイヤ回転数に基づいて、トルク指令、および回転指令を生成する。車体コントローラ２０は、生成したトルク指令、および回転指令を電気回路コントローラ３０に出力する。
　電気回路コントローラ３０は、車体コントローラ２０からトルク指令、および回転指令を受ける。そして、電気回路コントローラ３０は、トルク指令、および回転指令をインバータ６０に出力する。また、電気回路コントローラ３０は、受けたトルク指令、および回転指令に応じたモータ７０を駆動するのに必要な電圧指令値を計算することにより電圧指令を生成する。そして、電気回路コントローラ３０は、電圧指令をＤＣ－ＤＣコンバータ５０１に出力する。また、電気回路コントローラ３０は、インバータ６０がそれらの指令値に追従できるような後述するスイッチ５０２のオン状態とオフ状態の間の切り替えを計算することによりスイッチ指令を生成する。そして、電気回路コントローラ３０は、スイッチ指令をスイッチ５０２に出力する。
　ここで、スイッチ指令について説明する。モータ７０の回転数が低い領域では、インバータ６０に供給する電圧が低い方がインバータ６０において発生する発熱を抑制することができ効率を高めることができる。そのため、電気回路コントローラ３０は、回転指令が示す値に応じて、スイッチ指令を変更して電圧変換システム５０が出力する直流電圧（すなわち、インバータ６０に入力される直流電圧）の大きさを変更することにより、インバータ６０の効率を高める。図３は、本開示の実施形態における回転指令値とインバータ６０に供給する電圧値との関係の一例を示す図である。図４は、本開示の実施形態における回転指令値とスイッチ指令との関係の一例を示す図である。例えば、スイッチ指令がスイッチ指令１である場合、各スイッチ５０２がそのスイッチ指令１に応じた状態となることにより、電圧変換システム５０が直流電圧Ｖ１を出力するものとする。また、スイッチ指令がスイッチ指令２である場合、各スイッチ５０２がそのスイッチ指令２に応じた状態となることにより、電圧変換システム５０が直流電圧Ｖ２を出力するものとする。また、スイッチ指令がスイッチ指令３である場合、各スイッチ５０２がそのスイッチ指令３に応じた状態となることにより、電圧変換システム５０が直流電圧Ｖ３を出力するものとする。そして、例えば、図４に示すように、回転指令値が上昇する場合には、電気回路コントローラ３０は、受けた回転指令に応じて、回転指令値が０からしきい値１までの間、スイッチ指令１を生成し、回転指令値がしきい値１からしきい値２までの間、スイッチ指令２を生成し、回転指令値がしきい値２を超えているとスイッチ指令３を生成する。また、例えば、図４に示すように、回転指令値が下降する場合には、電気回路コントローラ３０は、受けた回転指令に応じて、回転指令値がしきい値３を超えているとスイッチ指令３を生成し、回転指令値がしきい値３からしきい値４までの間、スイッチ指令２を生成し、回転指令値がしきい値４未満ではスイッチ指令１を生成する。
　電圧源４０は、電圧変換システム５０が備える複数のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１それぞれに直流電圧を供給する。
　図５は、本開示の実施形態に係る電圧変換システム５０の構成の一例を示す図である。電圧変換システム５０は、図５に示すように、複数のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１、および複数のスイッチ５０２を備える。
　複数のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１のそれぞれは、図５に示すように、入力が並列に接続される。また、複数のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１のそれぞれは、図５に示すように、出力が直列に接続される。そして、複数のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１のそれぞれは、電圧源４０から供給された直流電圧を予め設定された直流電圧に変換可能である。この予め設定された状態のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１それぞれは、電圧変換効率が高くなるように設計されたＤＣ－ＤＣコンバータである。なお、ＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の数は、インバータ６０に供給する直流電圧に応じて決定する。
　図６は、本開示の実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の構成の第１の例を示す図である。図７は、本開示の実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の構成の第２の例を示す図である。各ＤＣ－ＤＣコンバータ５０１は、例えば、図６や図７に示すような絶縁型のコンバータである。図６に示すＤＣ－ＤＣコンバータ５０１は、インバータ５０１１、トランス５０１２、整流回路５０１３ａ、キャパシタ５０１４および５０１５を備える。図７に示すＤＣ－ＤＣコンバータ５０１は、インバータ５０１１、トランス５０１２、整流回路５０１３ｂ、キャパシタ５０１４、５０１５、およびインダクタ５０１６を備える。
　インバータ５０１１は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子がスイッチングすることにより、所望の電圧を生成する。そして、インバータ５０１１が生成した電圧は、トランス５０１２の１次側コイルに印加される。
　トランス５０１２は、１次側コイルに印加された電圧を、１次側コイルと２次側コイルとの巻数比に応じた電圧に変換して、２次側コイルから出力する。２次側コイルから出力された電圧は、整流回路５０１３（５０１３ａまたは５０１３ｂ）の入力に印加される。
　整流回路５０１３ａは、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子によって構成される。また、整流回路５０１３ｂは、ダイオードによって構成される。整流回路５０１３は、トランス５０１２の２次側コイルから出力された交流電圧を整流することにより、直流電圧を生成する。
　キャパシタ５０１４は、インバータ５０１１の入力に印加される直流電圧を一定の電圧に安定させる。キャパシタ５０１５は、整流回路５０１３が出力する直流電圧を一定の電圧に安定させる。インダクタ５０１６は、キャパシタ５０１５とともにフィルタを構成し、不要な周波数成分の電圧を除去する。
　なお、各ＤＣ－ＤＣコンバータ５０１は、所望の直流電圧を生成できるのであれば、図６や図７に示すＤＣ－ＤＣコンバータに限らず、どのようなＤＣ－ＤＣコンバータであってもよい。
　複数のスイッチ５０２は、複数のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１と同数である。スイッチ５０２の例としては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子、および物理スイッチなどが挙げられる。図５に示すように、１つのＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力には、１つのスイッチ５０２が並列に接続される。各スイッチ５０２は、スイッチ指令に応じてオン状態またはオフ状態になる。スイッチ５０２がオン状態になったＤＣ－ＤＣコンバータ５０１は、出力が短絡される。そのため、そのＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力電圧は０ボルトである。また、スイッチ５０２がオフ状態になったＤＣ－ＤＣコンバータ５０１は、出力が開放される。そのため、そのＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力電圧は予め設定された直流電圧となる。これにより、電圧変換システム５０は、所望の直流電圧を生成することが可能となる。電圧変換システム５０は、生成した直流電圧をインバータ６０に供給する。なお、車体１０の走行の始動時または低速時には、電圧変換システム５０は相対的に低い電圧を生成し、車体１０の走行の高速時には、電圧変換システム５０は相対的に高い電圧を生成する。これは、上述したモータ７０の回転数が低い領域では、インバータ６０に供給する電圧が低い方がインバータ６０において発生する発熱を抑制することができ効率を高めることができるという考えに基づくものである。
　インバータ６０は、電圧変換システム５０から供給された直流電圧からモータ７０を駆動する交流電圧を生成する。インバータ６０は、生成した交流電圧をモータ７０に出力する。
　モータ７０は、インバータ６０が出力する交流電圧に応じて回転する。このモータ７０の回転に応じてタイヤ１０１３が回転することにより、車体１０が走行する。
（土工機械システムが行う処理）
　図８は、本開示の実施形態による土工機械システム１の処理フローの一例を示す図である。次に、土工機械システム１が行う処理について、図８を参照して説明する。
　土工機械システム１の操作者は、車体１０を走行させる操作を、アクセル１０１１およびブレーキ１０１２の少なくとも一方に対して行う。アクセル量検出部１０１４は、アクセル１０１１に対する操作に応じた加速量を検出する（ステップＳ１）。そして、アクセル量検出部１０１４は、検出した加速量を車体コントローラ２０に出力する。また、ブレーキ量検出部１０１５は、ブレーキ１０１２に対する操作に応じた減速量を検出する（ステップＳ２）。そして、ブレーキ量検出部１０１５は、検出した減速量を車体コントローラ２０に出力する。また、タイヤ回転数検出部１０１６は、タイヤ１０１３の回転数を検出する（ステップＳ３）。そして、タイヤ回転数検出部１０１６は、検出した回転数を車体コントローラ２０に出力する。
　車体コントローラ２０は、駆動装置１０１から加速量、減速量、およびタイヤ回転数を受ける。車体コントローラ２０は、受けた加速量、減速量、およびタイヤ回転数に基づいて、トルク指令、および回転指令を生成する（ステップＳ４）。車体コントローラ２０は、生成したトルク指令、および回転指令を電気回路コントローラ３０に出力する。
　電気回路コントローラ３０は、車体コントローラ２０からトルク指令、および回転指令を受ける。そして、電気回路コントローラ３０は、トルク指令、および回転指令をインバータ６０に出力する。また、電気回路コントローラ３０は、受けたトルク指令、および回転指令に応じたモータ７０を駆動するのに必要な電圧指令値を計算することにより電圧指令を生成する。そして、電気回路コントローラ３０は、電圧指令をＤＣ－ＤＣコンバータ５０１に出力する。また、電気回路コントローラ３０は、インバータ６０がそれらの指令値に追従できるような後述するスイッチ５０２のオン状態とオフ状態の間の切り替えを計算することによりスイッチ指令を生成する（ステップＳ５）。そして、電気回路コントローラ３０は、スイッチ指令をスイッチ５０２に出力する。各スイッチ５０２は、スイッチ指令に応じてオン状態またはオフ状態になる（ステップＳ６）。電圧変換システム５０は、各スイッチ５０２の状態に応じた直流電圧（すなわち、所望の直流電圧）を生成する（ステップＳ７）。電圧変換システム５０は、生成した直流電圧をインバータ６０に供給する。
　インバータ６０は、電圧変換システム５０から供給された直流電圧からモータ７０を駆動する交流電圧を生成する（ステップＳ８）。インバータ６０は、生成した交流電圧をモータ７０に出力する。
　モータ７０は、インバータ６０が出力する交流電圧に応じて回転する（ステップＳ９）。このモータ７０の回転に応じてタイヤ１０１３が回転することにより、車体１０が走行する。
（効果）
　以上、本開示の実施形態に係る土工機械システム１について説明した。本開示の実施形態に係る土工機械システム１において、電圧変換システム５０は、入力が並列に接続され、出力が直列に接続される複数のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１と、前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力に並列に設けられ、モータ７０の回転指令に基づいてオン状態またはオフ状態となるスイッチ５０２と、を備える。このような電圧変換システム５０により、土工機械（車体）の走行において、効率のよい走行を実現することができる。
　なお、本開示の別の実施形態では、回転指令値とインバータ６０に供給する電圧値との関係は、図３に示す関係に限定されない。例えば、図９は、本開示の別の実施形態における回転指令値とインバータ６０に供給する電圧値との関係の一例を示す図である。本開示の別の実施形態では、回転指令値とインバータ６０に供給する電圧値との関係は、回転指令値のしきい値で急激に電圧値が変化するヒステリシスを有する関係ではなく、図９に示すように、回転指令値に応じて電圧値が徐々に変化するヒステリシスを有する関係であってもよい。この場合、回転指令値とスイッチ指令との関係は、図４に示す関係ではなく、回転指令値に応じて電圧値が徐々に変化するような回転指令値とスイッチ指令との関係となる。
　なお、本開示の別の実施形態では、駆動装置１０１の一部（例えば、アクセル１０１１、およびブレーキ１０１２）または全部は、車体１０以外に存在し、車体１０をリモートで走行させるものであってもよい。
　なお、スイッチ５０２は、すべてのＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力に設けられなくてもよい。すなわち、スイッチ５０２は、すべてのＤＣ－ＤＣコンバータ５０１のうち少なくとも１つのＤＣ－ＤＣコンバータの出力に設けられるものであってもよい。例えば、本開示の別の実施形態では、スイッチ５０２は、電圧変換システム５０が所望の直流電圧を実現できる限り必要最低限以上のものがＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力に設けられていればよい。また、本開示の実施形態では、３つのＤＣ－ＤＣコンバータ５０１に対して、スイッチ５０２を切り替えることにより、１つのＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力電圧、２つのＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力電圧、３つのＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力電圧の３通りの電圧を実現可能な例について説明した。しかしながら、本開示の別の実施形態では、ｎ（ｎは４）以上のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１に対して、スイッチ５０２を切り替えるものであってもよいし、スイッチ５０２を切り替えることにより、１からｎのいずれかの整数個のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力電圧を実現できるものであってもよい。なお、１からｎのどの整数個のＤＣ－ＤＣコンバータ５０１の出力電圧を出力するかが決まっている場合、その出力電圧の実現に必要なスイッチ５０２を設ければよい。
　なお、本開示の別の実施形態では、回転指令値のしきい値の設定値や設定数を上述のものから変更されてもよい。その場合、回転指令値に応じたインバータ６０に供給する電圧値の設定値や設定数も上述のものから変更されてもよい。
　なお、本開示の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。
　本開示の実施形態における記憶部や記憶装置（レジスタ、ラッチを含む）のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部や記憶装置のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。
　本開示の実施形態について説明したが、上述の土工機械システム１、駆動装置１０１、車体コントローラ２０、電気回路コントローラ３０、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。
　図１０は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。コンピュータ５は、図１０に示すように、ＣＰＵ６、メインメモリ７、ストレージ８、インターフェース９を備える。例えば、上述の土工機械システム１、駆動装置１０１、車体コントローラ２０、電気回路コントローラ３０、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ５に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ８に記憶されている。ＣＰＵ６は、プログラムをストレージ８から読み出してメインメモリ７に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ６は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ７に確保する。
　ストレージ８の例としては、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ８は、コンピュータ５のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース９または通信回線を介してコンピュータ５に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ５に配信される場合、配信を受けたコンピュータ５が当該プログラムをメインメモリ７に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ８は、一時的でない有形の記憶媒体である。
　また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
　本開示のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、開示の範囲を限定しない。これらの実施形態は、開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、種々の省略、種々の置き換え、種々の変更を行ってよい。
　以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示はこれらに限定されることはなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であり、上述した実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
（付記１）
　入力が並列に接続され、出力が直列に接続される複数のＤＣ－ＤＣコンバータと、
　前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのうち少なくとも１つのＤＣ－ＤＣコンバータの出力に並列に設けられ、モータの回転指令に基づいてオン状態またはオフ状態となるスイッチと、
　を備える電圧変換システム。
（付記２）
　前記スイッチは、
　前記回転指令の値とインバータに供給する電圧との関係に基づいて決定されるスイッチ指令に応じてオン状態またはオフ状態になる、
　付記１に記載の電圧変換システム。
（付記３）
　前記回転指令の値とインバータに供給する電圧との関係は、
　ヒステリシスの関係を有する、
　付記２に記載の電圧変換システム。
（付記４）
　前記スイッチは、
　前記回転指令の値のしきい値に基づいて決定されるスイッチ指令に応じてオン状態またはオフ状態になる、
　付記１から付記３の何れか１つに記載の電圧変換システム。
（付記５）
　付記１から付記４の何れか１つに記載の電圧変換システムと、
　前記スイッチのオン状態とオフ状態とを制御するコントローラと、
　を備える土工機械システム。
（付記６）
　入力が並列に接続され、出力が直列に接続される複数のＤＣ－ＤＣコンバータのうち少なくとも１つのＤＣ－ＤＣコンバータの出力に並列に設けられたスイッチを、モータの回転指令に基づいてオン状態またはオフ状態に制御すること、
　を含む制御方法。
（付記７）
　コンピュータに、
　入力が並列に接続され、出力が直列に接続される複数のＤＣ－ＤＣコンバータののうち少なくとも１つのＤＣ－ＤＣコンバータ出力に並列に設けられたスイッチを、モータの回転指令に基づいてオン状態またはオフ状態に制御すること、
　を実行させるプログラム。
　本開示の電圧変換システム、土工機械システム、制御方法およびプログラムによれば、土工機械の走行において、効率のよい走行を実現することができる。
１…土工機械システム　５…コンピュータ　６…ＣＰＵ　７…メインメモリ　８…ストレージ　９…インターフェース　１０…車体　２０…車体コントローラ　３０…電気回路コントローラ　４０…電圧源　５０…電圧変換システム　６０…インバータ　７０…モータ　１０１…駆動装置　５０１…ＤＣ－ＤＣコンバータ　５０２…スイッチ　１０１１…アクセル　１０１２…ブレーキ　１０１３…タイヤ　１０１４…アクセル量検出部　１０１５…ブレーキ量検出部　１０１６…タイヤ回転数検出部　５０１１…インバータ　５０１２…トランス　５０１３…整流回路　５０１４、５０１５…キャパシタ　５０１６…インダクタ

Claims (7)

  1. 　入力が並列に接続され、出力が直列に接続される複数のＤＣ－ＤＣコンバータと、
    　前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのうち少なくとも１つのＤＣ－ＤＣコンバータの出力に並列に設けられ、モータの回転指令に基づいてオン状態またはオフ状態となるスイッチと、
    　を備える電圧変換システム。
  2. 　前記スイッチは、
    　前記回転指令の値とインバータに供給する電圧との関係に基づいて決定されるスイッチ指令に応じてオン状態またはオフ状態になる、
    　請求項１に記載の電圧変換システム。
  3. 　前記回転指令の値とインバータに供給する電圧との関係は、
    　ヒステリシスの関係を有する、
    　請求項２に記載の電圧変換システム。
  4. 　前記スイッチは、
    　前記回転指令の値のしきい値に基づいて決定されるスイッチ指令に応じてオン状態またはオフ状態になる、
    　請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電圧変換システム。
  5. 　請求項１に記載の電圧変換システムと、
    　前記スイッチのオン状態とオフ状態とを制御するコントローラと、
    　を備える土工機械システム。
  6. 　入力が並列に接続され、出力が直列に接続される複数のＤＣ－ＤＣコンバータのうち少なくとも１つのＤＣ－ＤＣコンバータの出力に並列に設けられたスイッチを、モータの回転指令に基づいてオン状態またはオフ状態に制御すること、
    　を含む制御方法。
  7. 　コンピュータに、
    　入力が並列に接続され、出力が直列に接続される複数のＤＣ－ＤＣコンバータのうち少なくとも１つのＤＣ－ＤＣコンバータの出力に並列に設けられたスイッチを、モータの回転指令に基づいてオン状態またはオフ状態に制御すること、
    　を実行させるプログラム。
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